Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.2: Схеми операційного підсилювача

  • Page ID
    26830
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    В останньому розділі ми відзначили, що операційний підсилювач збільшує різницю між двома входами напруги.

    \[A_{op} = - \frac{v_{out}}{v_{-} - v_{+}} \label{prop1} \]

    де посилення, як правило\(A_{op}\), між 10 4 і 10 6. Щоб краще контролювати посилення - тобто зробити посилення щось, що ми можемо налаштувати відповідно до наших потреб - операційний підсилювач включений в схему, яка дозволяє здійснювати зворотний зв'язок між виходом та входами. У цьому розділі ми розглянемо дві схеми зворотного зв'язку.

    Інвертуючий підсилювач ланцюга

    На малюнку\(\PageIndex{1}\) наведено приклад схеми операційного підсилювача з контуром негативного зворотного зв'язку, що складається з резистора\(R_f\), який з'єднує вихід ОП з його входом в точці підсумовування,\(S\). Оскільки контур зворотного зв'язку підключений до інвертуючого входу операційного підсилювача, ефект називається негативним зворотним зв'язком.

    Схема операційного підсилювача з негативним контуром зворотного зв'язку.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\). Схема операційного підсилювача з негативним контуром зворотного зв'язку.

    Ми можемо проаналізувати цю схему, використовуючи закони електрики з глави 2. Давайте почнемо з перестановки рівняння\ ref {prop1} для вирішення\(v_{out}\)

    \[v_{out} = - A_{op} \times (v_{-} - v_{+}) \label{negfb0} \]

    а потім розгорніть праву частину цього рівняння

    \[v_{out} = -A_{op} \times (v_{-} - v_{+}) = -A_{op} \times v_{-} + A_{op} \times v_{+} \label{negfb1} \]

    і вирішуйте для\(v_{-}\)

    \[v_{-} = v_{+} - \frac{v_{out}}{A_{op}} \label{negfb2} \]

    Оскільки коефіцієнт посилення операційного підсилювача\(A_{op}\) настільки великий - нагадаємо, що він зазвичай знаходиться в діапазоні 10, 4 та 10 6 - ми можемо спростити Equation\ ref {negfb2} до

    \[v_{-} \approx v_{+} \label{negfb3} \]

    Одним з наслідків Equation\ ref {negfb3} є те, що для цього ланцюга\(v_{-} \approx 0 \text{ V}\) так само, як і на загальному ланцюзі.

    З законів Кірхоффа ми знаємо, що сумарний струм, який входить в точку підсумовування, повинен дорівнювати загальному струму, який залишає точку підсумовування, або

    \[I_{in} = I_s + I_f \label{negfb4} \]

    де\(I_s\) - струм між двома входами операційного підсилювача. Як ми зазначали в розділі 3.1, внутрішня схема операційного підсилювача розроблена таким чином\(I_s \approx 0\); таким чином

    \[I_{in} = I_f \label{negfb5} \]

    Заміна в законі Ома (\(V = I \times R\)) дає

    \[\frac{v_{in} - v_{-}}{R_{in}} = \frac{v_{-} - v_{out}}{R_f} \label{negfb6} \]

    З Equation\ ref {negfb3} ми знаємо\(v_{-} \approx 0\), що, що дозволяє нам спростити Рівняння\ ref {negfb6} до

    \[\frac{v_{in}}{R_{in}} = -\frac{v_{out}}{R_f} \label{negfb7} \]

    Переставляючи, виявляємо, що коефіцієнт посилення для схеми,\(A_c\), дорівнює

    \[A_c = \frac{v_{out}}{v_{in}} = - \frac{R_f}{R_{in}} \label{negfb8} \]

    Рівняння\ ref {negfb8} показує нам, що схема на малюнку\(\PageIndex{1}\) повертає напругу\(v_{out}\), що має протилежний знак\(v_{in}\) з коефіцієнтом посилення для ланцюга, який залежить тільки від відносних значень двох резисторів,\(R_f\) і\(R_{in}\).

    Схема послідовника напруги

    \(\PageIndex{2}\)На малюнку показаний інший операційний підсилювач зі шлейфом зворотного зв'язку. У цьому випадку вхід до операційного підсилювача здійснюється до неінвертуючого відведення\(v_{in}\), а вихід подається назад у інвертуючий провід операційного підсилювача.

    Схема операційного підсилювача для послідовника напруги.
    Малюнок\(\PageIndex{2}\). Схема операційного підсилювача для послідовника напруги.

    З закону напруги Кірхоффа ми знаємо, що вихідна напруга операційного підсилювача дорівнює сумі вхідної напруги та різниці\(v_s\) між напругою, прикладеною до двох висновків операційного підсилювача; таким чином

    \[V_{out} = v_{in} + v_{s} \label{follow1} \]

    Коефіцієнт посилення операційного\(A_{op}\) підсилювача визначається з точки зору\(v_s\) та\(v_{out}\)

    \[- A_{op} = \frac{v_{out}}{v_{s}} \label{follow2} \]

    де знак мінус обумовлений зміною знака між вихідною напругою і напругою, що подається на інвертує провід. Заміна рівняння\ ref {follow2} в рівняння\ ref {follow1} дає

    \[V_{in} - \frac{V_{out}}{A_{op}} = V_{out} \label{follow3} \]

    Оскільки коефіцієнт посилення операційного підсилювача, який не є тим самим, що коефіцієнт посилення схеми - великий, рівняння\ ref {follow3} стає

    \[v_{in} = v_{out} \label{follow4} \]

    Наш аналіз цієї схеми показує, що вона повертає вихідну напругу без будь-якого посилення. Це, однак, дозволяє нам витягувати цю напругу з ланцюга з більшим струмом, ніж може впоратися оригінальне джерело напруги.